STATE TRANSFORMATION PROCESSES FOR FREE-FLOATING THREE-LINK PLANAR ROBOTS

The transformation process of an m-DOF free-floating robot from one staticstate to a different static state has m degrees of freedom. The proposed approach of thesetransformations utilizes a series of single-DOF transformation processes as an alternative to them-DOF transformation process. Two static state transformation processes are studied in detail.First, a single-DOF transformation process is established using a newly defined concept, referred toas transformation planning, and the definite integral of conservation of angular momentum. Second,the governing equation of the single-DOF transformation process is established using the dynamicequations of motion of the robot. This allows the joint torques to be computed to effect the statetransformation. Finally, an extension of the single-DOF transformation process is proposed to extendthe application of this proposed transformation methodology to create a transformation net whichallows the reconfiguration of a robot from one state to many other possible states.

平面Acrobot和Pendubot的统一控制策略

为实现被动关节处于不同位置的平面Acrobot和Pendubot的统一控制,提出一种基于轨迹规划和跟踪控制的控制策略.系统的控制过程划分为两个阶段:在第1个阶段,通过对驱动连杆规划轨迹并使其跟踪轨迹运动,实现驱动连杆控制目标.此时,欠驱动连杆处于自由转动状态.在第2个阶段,对驱动连杆设计一条带有可调参数的振荡轨迹,并利用差分进化算法优化轨迹参数,确保当驱动连杆跟踪第2阶段轨迹从目标状态出发,最终返回目标状态时,欠驱动连杆也被连带控制到目标状态.通过仿真验证了所提控制策略的有效性和可行性.该控制策略可有效实现平面Acrobot和Pendubot的统一控制.

平面并联机器人离线PID控制优化研究

为了使平面并联机器人在闭环控制系统中具有更稳定的控制性能。对此,这里构建了平面五杆并联机器人动力学模型及其控制系统模型,给出了控制系统的增益矢量p。对机器人系统模型进行离线PID控制优化,通过控制增益来设计控制系统中的增益矢量p,从而实现非线性单目标动态优化(NLMODOP)。在NLMODOP中加入动态约束,采用带约束处理机制的差分进化(DE)算法求解平面并联机器人的非线性规划问题,进而处理不稳定的动态优化。对机器人模型中的五个连杆进行仿真实验,并对有无DE算法控制的仿真结果进行了比较。结果表明:相比于无DE算法,采用DE算法下的机器人系统模型的连杆跟踪位移基本无跟踪误差。说明基于差分进化算法的平面并联机器人离线PID控制优化具有较好的控制精度和跟踪性能。

基于激光位移传感器的机器人动态平面跟踪控制方法

针对智能制造行业中存在的机器人动态平面跟踪效率低以及抗干扰性差等痛点问题,制造厂商通常会选择传统视觉方案来解决该问题,但该方法存在短距离范围出现图像畸变、位姿估计误差大等应用问题。因此,提出基于激光位移传感器的机器人动态平面跟踪方法。该方法采用机器人搭载激光位移传感器的组合方案,通过在机器人工具法兰末端装载多枚激光位移传感器,将传感器的高频、高精以及高抗干扰性融入到对机器人的位姿引导中,结合数据分析、数据处理、机器人运动模型以及平面跟踪算法,实现机器人对动态平面的实时跟踪。进行了水平面波动和垂直平面随机摇晃实验,结果表明:当机器人工具法兰末端搭载4枚激光位移传感器时,其综合跟踪效率可达到90%,有利于提高实际生产的智能化程度和效率。

基于Robotics Toolbox的机器人分步速度控制仿真研究

分步速度控制方法是利用雅可比矩阵计算关节速度以得到预定的笛卡尔速度。文章首先介绍了分步速度控制方法,然后在Matlab环境下,利用Robotics Toolbox建立了平面3R机器人,最后编写M文件对该机器人进行了分步速度控制仿真。通过仿真,得到了机器人各个关节的运动与时间的关系,实现了预定的目标,进而验证了分步速度控制方法的正确性和可行性。

一种机械臂像素级抓取检测方法的研究

目的针对在平面抓取的场景下,机械臂如何感知目标物体的位置信息并完成抓取作业,提出了一种兼顾检测速度和精度的抓取检测网络。方法根据抓取检测任务中输入与输出尺寸大小相同的特点,采用语义分割思想设计了抓取检测网络;输入为随机裁剪后的深度图片,输出为同尺寸的抓取置信度、抓取角度和抓取宽度特征图;为了提高平面抓取任务的效率,在综合考虑检测网络速度和精度的情况下,对网络结构进行了改进,除了在网络结构中加入了注意力机制外,还使用U-net和Deeplabv3算法替换了网络的主体结构;通过对比实验认为加入注意力机制的检测网络在检测速度和检测精度上平衡得较好,能够实现抓取任务,将抓取位姿传输给ROS系统,通过一系列的坐标变换和运动规划进行了抓取作业。结果添加注意力机制后,检测网络的推理时间仍为毫秒级,最大抓取置信度提高了7.2%;采用U-net和Deeplabv3的网络检测速度较慢,U-net网络的抓取置信度Q_(max)提高了18.8%,Deeplabv3网络的准确率Acc提高了12.8%;由于抓取检测网络应同时考虑检测速度和精度,因此加入注意力机制的检测网络性能较优。结论实验结果表明:添加注意力机制后的抓取网络在检测速度与精度上兼顾的比较理想,能够成功抓取场景中的目标物体,此方法具有一定的实际应用价值。

Manufacture of End－micro－manipulator with Two Degrees of Freedom and its Driving System for Robot

ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅｏｆＥｎｄ－ｍｉｃｒｏ－ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｗｉｔｈＴｗｏＤｅｇｒｅｅｓｏｆＦｒｅｅｄｏｍａｎｄｉｔｓＤｒｉｖｉｎｇＳｙｓｔｅｍｆｏｒＲｏｂｏｔ￥（刘劲松）（蔡鹤皋）ＬＩＵＪｉｎｓｏｎｇ；ＣＡＩＨｅｇａｏ（ＲｏｂｏｔＲｅｓｅｔ...

基于多源信息紧耦合的四足机器人平面导航方法

四足机器人具有地形适应能力强,行动灵活的特点,适用于抢险救援以及星际探索等复杂环境。该文为了实现卫星拒止环境中四足机器人的自主导航,并提升系统的抗干扰性,提出了一种基于偏振定向原理的多源信息融合算法,并将该算法应用于四足机器人的平面导航规划中。首先,基于卡尔曼滤波方法,设计了“偏振光+惯性+地磁”的多传感器紧耦合导航算法,并通过主动干扰实验,验证融合航向角的鲁棒性,在光干扰下,航向角标准差较融合前减小64.8%,电磁干扰环境下基本不受影响;然后,基于该导航算法设计了四足机器人的平面循迹对比实验,结果表明该算法推算的路径绝对轨迹误差(ATE)两圈平均值为0.273 m,较传统磁航角参考算法减少了50.1%,较偏振角参考算法减少了35.2%。实验验证了该组合导航算法的航向鲁棒性得到有效提升,且适用于四足机器人在卫星拒止环境的自主导航。

仿婴猴单腿弹跳机器人结构设计与实现

针对弹跳仿生机器人存在的主要问题,结合婴猴体型小且具有平稳暴发弹跳的特点,提出了一种仿婴猴单腿弹跳机器人,对其主要结构和控制系统进行了设计。通过分析婴猴的腿部结构,基于Stephenson六杆机构原理,设计了一种仿婴猴机器人腿部的平面八连杆机构,并对其轨迹进行优化,获得了具有最佳弹跳能力的杆长参数;对机器人弹跳的3个方向进行控制调整,利用双闭环反馈控制系统实现了机器人在起跳、腾空、落地时姿态的稳定;最后,建立了机器人的实物验证模型,整个机械装置质量为395.5 g,整体高度为250 mm。实验结果表明,该仿生单腿机器人可实现连续稳定的跳跃,最高弹跳速度可达20 m/s,弹跳高度为100 mm时的响应时间为0.1 s。

基于平面螺旋发射线圈的胶囊机器人无线供能系统的设计与优化

针对传统环绕式发射线圈的尺寸过大及穿戴不便等问题,文章提出了一种使用平面螺旋线圈作为发射线圈的胶囊机器人无线供能系统,有效地减小了发射线圈的尺寸,同时避免了穿戴不便的问题,提高了胶囊机器人无线供能系统的适用性。论文给出了系统的等效电路模型,研究了系统传输效率与系统参数的关系;对接收端线圈匝数进行了优化,提高了系统的传输效率;通过阻抗变换将负载的等效阻抗优化为最优负载。最后对基于该方案的无线能量传输系统进行了实验验证。结果表明,样机系统在10 cm传输距离下的传输效率达到了8.8%,传输功率超过了1 W。

剪切-收集一体式茶叶采摘末端执行器设计与试验

为了使茶叶采摘机器人能高效连贯地采摘嫩芽,末端执行器应同时具有剪切和收集功能。为此,设计一种剪切—收集一体式采摘末端执行器。以英红九号为对象,测定茶嫩芽外形尺寸和茎秆剪切力学特性;设计一种新型的单自由度平面连杆机构对茶嫩芽进行剪切和抛扬,收集和收纳被扬出的茶嫩芽;对平面连杆机构进行静力学分析,结果表明所产生的剪切力大于剪断茶嫩芽茎秆所需的最大剪切力。仿真实验结果表明:当舵机角速度为310(°)/s时,末端执行器作业时间约为1 s,效率较高,但存在一定动载荷。田间实验表明:末端执行器对茶嫩芽的平均采摘成功率为75%,平均采摘时间为1.5 s。该末端执行器结构简单,具有剪切和收集功能,能够满足茶叶采摘机器人作业需求。

基于CPG的并联腿四足机器人步态控制

并联腿结构的四足机器人具有承载能力强、刚度大、运动精度高的优点,但控制复杂。为更好地控制,提出了一种串联结构等效方法对并联腿进行了分析,结合中枢模式发生器(CPG)对等效的髋、膝关节进行控制,从而实现四足机器人不同步态,并利用ADAMS与MATLAB/SIMULINK软件搭建了四足机器人的虚拟样机与控制系统。仿真实验结果表明,串联等效分析方法能够应用于并联腿结构,CPG可实现四足机器人的Walk与Trot步态,验证了该方法的可行性与有效性。

基于立体视觉的三维建模方法

研究了基于立体视觉的三维反向建模方法。该方法利用线状结构光与立体视觉原理,首先测量位于四自由度平面机器人上的三维物体的表面几何信息,然后通过获得的采样数据集,自动构建具有真实纹理的三维几何模型。相应提出了一种新的系统标定方法与自动曲面重构算法,并实现了一个面向虚拟现实应用的三维物体的自动反向建模原型系统。

高速高精度平面并联机器人模糊自调整PID控制方法的研究

针对推力波动、负载变化等非线性因素对高速高精度平面并联机器人系统稳定时间的影响 ,本文设计了一种新颖的模糊自调整PID控制器 :系统的位置偏差较大时 ,采用PI控制器 ,保证系统的平滑、稳定 ;当系统发出停止命令后 ,引入模糊增益参数自调整机构 ,加快静差消除 .模糊增益参数调整机构采用“一维输入 -二维输出”的推理结构 ,消除了参数调整中的“耦合影响” ;为缩短整定时间 ,减少整定参数的数量 ,不同增益 ,误差E的模糊论域划分各不相同 .经实验验证 :引入该模糊自校正PID控制器后 。

鲜肉分拣夹持器的机构优化

针对生鲜肉生产企业、大型超市的实际需求,基于并联机器人、机器视觉等先进技术,构建面向小块鲜肉分装的机器人系统。结合机器人分装的实际要求和鲜肉的特点,确定了鲜肉夹持器的设计方案,建立了夹持器的机构优化设计模型,利用Matlab对机构尺寸进行优化,实现鲜肉夹持器的优化设计,并完成试验研究。

平面冗余自由度机器人自寻优运动优化方法

为了解决平面冗余自由度机器人的运动优化问题,提出一种自寻优方法。引入"臂角"参数,建立了平面4自由度机器人逆运动学的封闭解形式;针对机器人运动过程中远离关节极限的优化任务,提出一种自寻优方法,将4自由度机器人等效为四连杆机构,将优化目标转化为虚拟转矩作用于关节上,机器人将在虚拟力作用下向着平衡状态运动,最终实现机器人的运动优化。采用自寻优方法对机器人单点位姿及轨迹跟踪进行了运动仿真,结果表明:自寻优方法可以快速、有效地实现机器人的运动优化。

一种新型平面并联机器人机构及其解耦控制

结合同时考虑机构设计和控制策略的思想 ,提出一种新型的可应用于微电子封装与组装行业中的两自由度平面并联机器人机构 ,其具有高刚度、高速度、高精度的特点。对机构进行了运动学、动力学分析和基于加速度反馈的解耦控制研究。

平面2R机器人机构混沌运动的控制

应用混沌控制方法中的周期扰动参数方法有效地控制了平面2R机器人机构中的混沌运动.在周期扰动参数控制法中,外扰周期信号的频率和振幅是混沌控制成功与否的关键.通过计算系统的最大Lyapunov指数的符号与频率或振幅的关系,可以选取适当的频率和振幅,将系统的混沌运动转化为规则的周期运动.

3-RRR柔性平面并联机器人自激振动控制

对平面3自由度并联机器人进行了运动学建模和运动控制研究。在平台运动过程中,对柔性杆上压电陶瓷的振动进行实时采样,获取振动信号的情形和主要模态。在高速运动到目标点时,由于柔性杆弹性变形过大导致存储能量过高,使得残余振动可能转化为自激振动。由于平台存在建模误差,摩擦,间隙,机电耦合等非线性因素,无末端传感器,采用非线性算法半闭环反馈控制。在特定的区域,通过获取伺服电机编码器位置值并与所需脉冲值进行比较,应用非线性PD算法进行同向补偿实验,控制伺服电机的摆动,从而有效地抑制住了平台自激振动。

五自由度混联机器人优化设计与运动学分析

为提高农业自动化程度,拓宽并联机构在农业工程领域的应用,提出一种存在连续转轴、关节数目少、易于控制的两移一转运动冗余平面并联机构,该并联机构任意位置的转轴均为相互平行的连续转轴,使其具备良好的灵活性。基于此平面并联机构,构造出了多种五自由度混联机器人,首先建立了五自由度混联机器人的运动学模型,并对其进行了奇异分析,给出了减少机构奇异位型的条件;然后基于灵活性指标,对并联机构进行了尺寸优化,绘制了用于选取结构尺寸的性能图谱,且借助有限元软件对基于优化所得结构尺寸绘制的具有运动冗余特性的平面机构进行了结构拓扑优化,,完成了整体结构优化前后的静力学分析与对比,结果显示优化前后整体变形仅增大0.51%,优化前后机构优化部分的质量减少33.02%,满足机构变形要求。该混联机器人具有结构简单、运动学模型简单、结构刚度高和模块化程度高的特点,且其结构的变胞性有助于实现机构运动和驱动冗余模式的切换,增强了机器人的可研究性。该文可为混联机器人运动学分析及优化设计提供参考。